Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретические основы моделирования физических явлений
1.1. Философские проблемы обобщенного понятия модели 12
1.2. Классификация моделей в науке и технике 23
1.3. Дидактический аспект в определении и классификации учебных моделей и моделирования 35
1.4. Модели и модельный эксперимент как средство наглядности в методике преподавания физики 44
1.5. Тенденции развития физического эксперимента и основная концепция моделирования кристаллооптических явлений 56
Выводы 65
Глава II. Дидактический комплекс технических средств физического эксперимента и его применение для различных учебных задач
2.1. Анизотропные среды для сантиметровых электромагнитных волн и дидактический комплекс технических средств для моделирования кристаллооптических явлений 67
2.2. Эксперименты по наблюдению двойного лучепреломления в моделях анизотропных призм 77
2.3. Методика изучения и экспериментального обоснования построений Гюйгенса для различных случаев двойного лучепреломления на поверхности кристалла 82
2.4. Теория изучения поляризационных двоякопреломляющих призм Глана и Волластона в условиях их моделирования 89
2.5. Модель двоякопреломляющей линзы для сантиметровых электромагнитных волн 94
Выводы 100
Глава III. Методика формирования методологических знаний у студентов при изучении кристаллооптических явлений и результаты педагогического эксперимента.
3.1 Общие вопросы методики формирования понятий об основных принципах кристаллооптики в курсе волновой оптики технического вуза 103
3.2. Организация и методика проведения педагогического эксперимента 136
Выводы 145
Заключение 146
Библиографический список 149
Приложения 165
- Философские проблемы обобщенного понятия модели
- Анизотропные среды для сантиметровых электромагнитных волн и дидактический комплекс технических средств для моделирования кристаллооптических явлений
- Общие вопросы методики формирования понятий об основных принципах кристаллооптики в курсе волновой оптики технического вуза
Введение к работе
Современное образование находится в стадии динамичного обновления, на пороге смены парадигм, причем, в соответствии с прогнозом развития и общества, и образования, наступивший век будет характеризоваться двумя основными тенденциями: гуманистичностью и технологичностью. Необходимость гуманизации как основной тенденции в модернизации образования точно сформулирована Д.Лихачевым: «Двадцать первый век должен стать веком гуманитарного мышления или его не будет совсем».
Однако гуманитаризация не означает уменьшение числа часов, отводимых на изучение естественных дисциплин по сравнению с гуманитарными. Тем не менее образовательная практика очень часто идет именно по такому пути. К примеру, объем курса физики в технических вузах с конца 50-х и до начала 90-х гг. сократился в среднем вдвое, в 90-е гг. дальнейшее его сокращение продолжилось. Такой подход - абсолютно неправомерен, поскольку физика обладает громадным потенциалом для общего образования и интеллектуального развития будущих специалистов. Кроме того, физика - дисциплина базовая, необходимая для формирования адекватного информационного образа мира в сознании человека. Поэтому возрастает актуальность повышения не только качества подготовки специалистов и уровня образованности людей, но и формирования нового типа интеллекта, иного образа и способа мышления, приспособленного к весьма быстро меняющимся экономическим, технологическим, социальным и информационным реалиям окружающего мира.
Следовательно, для формирования современного инженерного корпуса способного осваивать и производство, и перспективные технологии, аккумулирующих передовые достижения научно-технической мысли, в первую очередь, следует обеспечить качественное изменение подготовки инженерных кадров, ориентируя ее на современные достижения науки и техники, углубленное изучение и понимание базовых дисциплин, развитие творческих и организационных навыков будущих инженеров. А так же воспитать потребность самостоятельно приобретать знание не только в вузе, но и в течение всей жизни.
В нашем исследовании предпринята попытка систематизировать накопленный опыт в области модернизации обучения физике студентов технических специальностей, в частности кристаллооптики, как одного из сложных разделов изучения физики.
Таким образом актуальность исследования обусловлена требованиями общества на подготовку специалиста в области проектирования и технологии радиоэлектронных средств, что вызвано развитием современного производства, науки и техники, и интеграции России в единое экономическое пространство.
Опыт практической работы показывает, что, изучение кристаллооптических явлений без современных учебных демонстраций и технических средств обучения малоэффективно. Применение только одного оптического диапазона в качестве демонстрационного и лабораторного эксперимента является по мнению многих методистов недостаточным. Следовательно, для более качественного усвоения этого раздела необходимо, с одной стороны, разработать и внедрить в практику обучения студентов демонстрационные опыты по моделированию кристаллооптических явлений в радиофизическом диапазоне, с другой стороны, новые технические средства будут способствовать как профессионально направленной подготовке специалистов радиотехнического профиля, так и развитию творческих способностей.
Применению сантиметровых электромагнитных волн в демонстрационном физическом эксперименте посвящены работы Н.И. Калитиевского, Н.Н. Малова, В.В. Майера, Н.Я. Молоткова, Б.Ш. Перкальскиса, Н.А. Шахмаева, и др., в которых показано, что радиофизический диапазон в преподавании оптики позволяет не только расширить круг физических явлений, исследуемых экспериментально, но и повысить наглядность изучаемых процессов.
Исследования Р. Арнхейм, Е.Ю. Артемьевой, Г.Г. Громыко, В.И. Евдокимова, В.П. Зинченко, Е.Н. Кабановой-Меллер, И.С. Якиманской, А.А. Червовой и др. показывают, что наглядность не только способствует более успешному восприятию и запоминанию учебного материала, но и позволяет активизировать мыслительную деятельность, глубже проникать в сущность изучаемых явлений. Проблеме наглядности уделяется внимание философов, психологов, педагогов и методистов-физиков (В.Г. Болтянский, В.П. Бранский, А.В. Бугаев В.В. Давыдов, Л.В. Зенков, И.В. Маркова, З.Г. Мингазов, Н.Я. Молотков, А.В. Славин, Л.М. Фридман, Н.М. Шахмаев, В.А. Штофф и др.).
Однако, вопросы модернизации технологии изучения кристаллооптических явлений в СВЧ диапазоне не нашли должного отражения в педагогической науке и практике и требуют дополнительного исследования.
Изучение и анализ научной литературы, результаты диссертационных исследований позволили выявить ряд существенных противоречий между:
• требованиями общества к уровню профессиональной компетентности специалиста и недостаточным уровнем педагогических условий высшей технической школя для их реализации;
• уровнем развития научно-технического прогресса и традиционной системой технических средств обучения в высшей технической школе;
• дидактическими возможностями реализации принципа наглядности при изучении кристаллооптических явлений и традиционной методикой их реализации в условиях высшей технической школы.
Необходимость разрешения сформулированных противоречий обусловило выбор темы исследования, проблема которого заключается в разработке методических основ изучения сложных кристаллооптических явлений на основе их моделирования в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн.
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании, разработке и практической реализации методики изучения кристаллооптических явлений на базе современных технических средств при подготовке специалистов радиотехнического профиля с учетом требований, предъявляемых Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и задач, поставленных в условиях реформирования образования.
Объектом исследования является учебно-воспитательный процесс обучения физике в высшей технической школе.
Предмет исследования - методика изучения раздела физики «кристаллооптика» при моделировании в сантиметровом диапазоне радиоволн.
Гипотеза исследования заключается в том, что изучение студентами кристалл о оптических явлений будет более эффективным, если:
• осуществить моделирование явлений кристаллооптики в сантиметровом диапазоне радиоволн;
• внедрить в учебный процесс комплекс технических средств, разработанных на основе искусственных анизотропных двоякопреломляющих сред;
• на основе моделирования кристаллооптических явлений создать условия для реализации творческих способностей студентов.
Задачи исследования:
1. Рассмотреть теоретические основы моделирования кристаллооптических явлений в науке, технике и методике обучения физике.
2. Проанализировать содержание демонстрационных опытов и лабораторного практикума по кристаллооптике и выработать концепцию моделирования в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн.
3. Проанализировать сущность дидактического принципа наглядности и наметить пути его реализации на базе современного демонстрационного эксперимента при моделировании кристаллооптических явлений.
4. Разработать и внедрить в учебный процесс систему новых технических средств демонстрационного эксперимента и цикл лабораторных работ для изучения кристаллооптических явлений на базе моделирования в радиофизическом диапазоне длин волн в техническом вузе.
5. Выявить психолого-педагогические условия реализации творческих способностей студентов на основе нового демонстрационного эксперимента при изучении кристаллооптики.
6. Провести опытно-экспериментальную работу по определению эффективности технологии изучения кристаллооптики в условиях моделирования.
Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы использованы следующие методы:
1. Методы теоретического исследования: анализ и синтез методологической, педагогической, научно-технической, психологической, дидактической и методологической литературы по проблеме исследования; обобщение, сравнение, абстрагирование, прогнозирование, моделирование систем и процессов.
2. Методы эмпирического исследования: анкетирование, интервьюирование, наблюдение, собеседование, изучение передового опыта подготовки инженера радиотехнических специальностей, педагогический эксперимент. Разработка, конструирование и изготовление новых учебно-технических средств и их апробирование.
3. Статистические методы обработки данных эксперимента, графическое представление результатов.
Теоретико-методологической основой исследования являются:
• философские положения моделирования, о видах деятельности, теории познания, формирование личности, становление профессионала (В.В. Штофф, А.П. Беляев, А.А. Червова, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, Н.В. Кузьмина, Б.Ф. Ломов, С.Л. Рубинштейн, А.Д. Урсул, Г.И. Хозяинов и др.);
• идеи о дидактических особенностях организации учебно-познавательной деятельности учащихся (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, И.Я. Лернер, М.И. Махмутов, Н.Ф. Талызина, Д.Б. Эльконин, И.С. Якиманская и др.).
• дидактические особенности обучения физике с использованием современного учебного физического эксперимента (В.А. Буров, Ю.И. Дик, Б.С. Зворыкин, П.А. Знаменский, В.В. Разумовский, В.В. Майер, А.А. Пинский, А.А. Червова, Н.Я. Молотков, Н.М. Шахмаев и др).
Опытно-экспериментальная база исследования.
Исследования проводились с 2001 по 2005 год и было организовано в три этапа. Особенностью содержания исследования является чередование теоретических и экспериментальных составляющих, их развивающая взаимосвязь. Основная исследовательская работа осуществлялась на базе Тамбовского государственного технического университета и Волжской государственной инженерно-педагогической академии.
Основные этапы исследования.
На первом этапе (2001-2002 г.г.) изучалось состояние проблемы в педагогической теории и практике, а именно: проводилось изучение и анализ научных исследований по проблеме, проводился анализ содержания профессиональной подготовки специалистов радиотехнического профиля, изучался опыт передовой педагогической практики по применению моделей в демонстрационном и лабораторном эксперименте по кристаллооптике, определялись дидактические возможности совершенствования учебного процесса, в аспекте его профессиональной направленности и реализации методов проблемно-развивающего обучения. Были сформулированы гипотеза, цели и задачи исследования, обобщены результаты изучения проблемы, проведен констатирующий эксперимент.
На втором этапе (2002-2003 г.г.) проектировались и конструировались новые демонстрационные и лабораторные установки, отрабатывалась методика их применения в учебном процессе, определялись психолого-педагогические возможности развивающего обучения в условиях применения нового демонстрационного эксперимента.
Были подготовлены и внедрены в учебный процесс: цикл лабораторных работ с применением сантиметрового диапазона электромагнитных волн; учебное пособие для студентов технических специальностей «Кристаллооптические явления и их моделирование в диапазоне сверхвысоких частот».
Составлены программы формирующего и обобщающего эксперимента, определены формы, методы и сроки их проведения. Проведен формирующий эксперимент, а также количественный и качественный анализ промежуточных результатов. Осуществлялся анализ литературы по проблеме исследования.
На третьем этапе (2003-2005 г.г.) обобщались результаты опытно-экспериментальной работы по исследованию влияния разработанной методики изучения кристаллооптических явлений на основе новых технических средств демонстрационного и лабораторного эксперимента на уровень готовности студентов к изучению дисциплин радиотехнического профиля. Продолжился формирующий этап эксперимента и проведен обобщающий.
Выполнены систематизация, обобщение и статистическая обработка результатов педагогического эксперимента. Сформулированы выводы, завершено оформление диссертации.
Научная новизна исследования заключается:
• в обосновании концепции моделирования кристаллооптических явлений в диапазоне сверхвысоких частот на базе искусственных сред - слоистых диэлектрических структур, которые являются аналогом одноосных анизотропных кристаллов;
• в реализации дидактического принципа наглядности в физическом эксперименте по моделированию кристаллооптических явлений в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн;
• в создании педагогических условий развития творческих способностей студентов на занятиях по кристаллооптике;
Теоретическая значимость исследования состоит:
• в разработке концепции моделирования кристаллооптических явлений в сантиметровом диапазоне радиоволн на базе искусственных анизотропных сред;
• в уточнении понятий: «сложение волн с ортогональными линиями поляризации»; «интерференция поляризованного излучения»; «анализ поляризованного света» и установление взаимосвязи между этими понятиями;
• в разработке методики изучения основных вопросов кристаллооптики в техническом вузе, позволяющая развивать творческие способности студентов и повышать эффективность усвоения материала.
Практическая значимость исследования состоит:
• в разработке системы демонстрационного эксперимента по моделированию кристаллооптических явлений в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн, включающей в себя новые технические средств выполненные на основе слоистых диэлектрических структур;
• в разработке и постановке цикла лабораторных работ по моделированию кристаллооптических явлений в диапазоне СВЧ:
• в создании учебного пособия: «Кристаллооптические явления и их моделирование в диапазоне сверхвысоких частот»;
На защиту выносятся:
1. Концепция моделирования кристалл о оптических явлений в сантиметровом диапазоне радиоволн на базе искусственных анизотропных сред, заключающаяся в реализации дидактического принципа наглядности в физическом эксперименте по моделированию кристаллооптических явлений.
2. Система демонстрационных опытов и лабораторных работ по моделированию явлений кристаллооптики в диапазоне сверхвысоких частот; состоящая из дидактического комплекса технических средств, включающего в себя новые приборы и оборудование, выполненные на базе слоистых диэлектрических структур.
3. Методика изучения основных вопросов кристаллооптики в техническом вузе, позволяющая развивать творческие способности студентов и повышать эффективность усвоения материала.
Апробация и внедрение результатов исследования. Апробация работы проводилась на базе Тамбовского государственного технического университета. Разработанная методика внедрена в образовательный процесс Тамбовского государственного технического университета и Тамбовского военного авиационного инженерного училища радиоэлектроники.
Результаты исследования нашли отражение в учебно-методических пособиях, научных статьях и докладах автора.
Материалы исследования обсуждались на: заседаниях кафедр «Теоретическая механика» и «Физика» ТГТУ (Тамбов); на заседаниях научно-исследовательской лаборатории «Проблемы естественнонаучного образования в инженерных вузах» ВГИПА (Нижний Новгород); 6-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы преподавания физики» (Пенза, 2002); 4-ой Международной научно-методической конференции преподавателей вузов, ученых и специалистов «Высокие технологии в педагогическом процессе» (Нижний Новгород, 2003); 8-ой всероссийской конференции «Учебный физический эксперимент. Актуальные проблемы. Современные решения» (Глазов, 2003); 8-ой научной конференции Тамбовского государственного технического университета. (Тамбов, 2003).
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка основной используемой литературы и приложений.
Философские проблемы обобщенного понятия модели
В настоящее время методу моделирования принадлежит большая роль в процессе познания, практического применения явлений природы во всех сферах человеческой деятельности. Еще физик И.А. Умов писал, что «все наше миросозерцание, от своего наиболее обыденного до наиболее возвышенного содержания, представляет собой собрание моделей, образующих более или менее удачный отклик существующего, соответствующих или не соответствующих тем вещам, которые имелись в виду при их построении» [155]. Особо не вдаваясь в экскурс использования различных моделей и метода моделирования на протяжении всей истории человечества, можно отметить, что модели в качестве средства познания стали употребляться еще на заре науки со времен бронзового века.
В технологической науке моделирование является одним из основных методов исследования и оптимизации технологических систем. Поэтому в системе физико-технической подготовки будущих инженеров данный метод находит достойное отражение.
Проведенный анализ состояния проблемы показал, что на сегодняшний день в отечественной и зарубежной философской, педагогической и психологической литературе накоплен значительный опыт использования моделей и метода моделирования для решения разнообразных научных и технических проблем. Полученные при этом данные позволяют сформулировать представления о том, что моделирование разрешает проблемы, которые недостаточно удовлетворительно решены другими методами исследования и познания. Естественно, что по мере усложнения познавательной ситуации, исследование все чаще обращается к использованию модели для получения ответа на постоянно возникающие перед ним все более серьезные проблемы. Этот процесс обусловлен тем обстоятельством, что решение познавательной задачи в современных условиях во все большей степени связано с обращением к исследованию многокомпонентных объектов или систем, и отдельные составляющие таких объектов или систем связаны друг с другом сложной системой разнообразных по своей природе связей и отношений. Исследование таких объектов дает искомый результат только в том случае, если их познание связано с сохранением общих характеристик такого рода систем.
Рассмотрим более подробно использование различных моделей и метода моделирования в процессе физико-технической подготовки студентов. Для этого в первую очередь необходимо проанализировать понятие «модель», классифицировать различные типы моделей и определить статус метода моделирования.
При исследовании понятия модели в его наиболее общей форме, мы будем исходить из следующих общеизвестных положений теории познания, представленных в работе Я.Г. Неуймина [109], Штофа [175] и др.
Каждый объект безмерен: полностью, в абсолютном смысле он может быть охарактеризован лишь бесчисленным множеством признаков, свойств и характеристик.
Наши знания о материальном мире и входящих в его состав объектах на каждом этапе своего развития относительны и конечны; каждый реальный объект всегда обладает рядом еще не познанных признаков свойств и характеристик.
Непосредственным результатом познавательного процесса, связанного с любым объектом материального мира, является формирование в сознании познающего субъекта идеального образа, который объективно отражает некоторые имманентно присущие объекту черты, свойства и характеристики. В. формировании этого образа наряду с непосредственным или опосредованным чувственным восприятием активно участвуют теоретические представления, ранее накопленный опыт и вообще весь багаж знаний и практических навыков, которыми располагает субъект.
Познавательный процесс, как, впрочем, и любой другой вид активного взаимодействия между субъектом и объектом, носит целенаправленный характер. В его основе во всех без исключения случаях лежит некоторая задача, которую решает субъект ради достижения своих (необязательно осознанных) целей.
Разнообразие значений термина «модель» в современной науке приобрело невиданное доселе количество трактовок. В ряде энциклопедий и энциклопедических словарей [13, 159, 160 и т. д.] модель, в первую очередь, рассматривается с точки зрения генезиса ее лингвистического происхождения, а именно: понятие «модель» берет свое начало от латинского modulus, что означает - мера, образец. При этом модель несет в себе, как минимум семь значений: 1) Образец (эталон, стандарт) для массового изготовления какого-либо изделия или конструкции; тип, марка изделия. 2) Изделие (из легкообрабатываемого материала), с которого снимается форма для воспроизведения (напр., посредством литья) в другом материале; разновидности таких моделей - лекала, шаблоны, плазы. 3) Позирующий художнику натурщик или изображаемые предметы («натура»). 4) Устройство, воспроизводящее, имитирующее строение и действие какого-либо др. («моделируемого») устройства в научных, производственных (при испытаниях) или спортивных целях. 5) В широком смысле любой образ аналог (мысленный или условный: изображение описание, схема, чертеж, график, план, карта и т.п.) какого-либо объекта, процесса или явления («оригинала» данной модели), используемый в качестве его «заместителя», «представителя». 6) В математике и логике - моделью какой-либо системы аксиом называют любую совокупность (абстрактных) объектов, свойства которых и отношения между которыми удовлетворяют данным аксиомам, служащим тем самым совместным (неявным) определением такой совокупности. 7) Модель в языкознании абстрактное понятие эталона или образца какой-либо системы (фонологической, грамматической и т. п.), представление самых общих характеристик какого-либо языкового явления: общая схема описания системы языка или какой-либо его подсистемы.
Анизотропные среды для сантиметровых электромагнитных волн и дидактический комплекс технических средств для моделирования кристаллооптических явлений
Оптика является одним из важнейших разделов курса физики технического вуза. Именно в оптике в последние годы произошло наибольшее число научных открытий. Оптические волновые принципы и явления находят все большее применение в других отраслях научных знаний, например, в радиофизике, радиотехнике, средствах связи и навигации. В связи с этим на курс оптики технического вуза нельзя смотреть как на ограниченный раздел курса физики, которая изучает только свойства света и его взаимодействие с веществом. Учитывая, что видимый свет является лишь узким участком спектра электромагнитных волн, занимающий диапазон от низкочастотных колебаний до гамма-излучения, курс оптики в техническом вузе должен представлять собою единую теорию широкого спектра электромагнитных волн и их взаимодействие с веществом. В связи с этим оптические явления в курсе оптики должны экспериментально исследоваться не только в световом диапазоне спектра электромагнитных волн, но и в радиодиапазоне электромагнитных волн (А,=3,2 см). Такой подход позволяет утвердить взгляд обучаемых на оптические явления как на электромагнитные и вскрыть глубокое единство их природы.
Естественной анизотропной средой для сантиметровых электромагнитных (Л.=3,2 см) волн является древесина. Однако, разность показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волн в древесине не велика, а изгиб годичных колец часто бывает не желателен. Б.Ш. Перскальскис рассматривает использование сибирского кедра. Наш опыт постановки эксперимента показывает, что лучше использовать искусственные анизотропные среды, которые имеют ряд преимуществ перед естественной древесиной.
Идея создания искусственных сред принадлежит российским физикам конца прошлого и начала нашего столетия. Еще Н.А. Гезехуз изготовил линзу для звуковых волн из пуха и эбонитовых стружек, исходя из того факта, что звук в трубах малого сечения распространяется медленнее, чем в воздухе. Дальнейшее совершенствование искусственных сред для звука принадлежит Н.П. Кастерину, который, как и Н.А. Гезехуз, указывал на возможность их применения для электромагнитных волн.
Крупным вкладом в разработку искусственных сред для радиоволн сантиметрового диапазона были работы Н.А. Капцова [59], относящиеся к двадцатым годам нашего столетия. Он изготовил модель кристаллической решетки в виде равномерно распределенных в воздушном объеме металлических стерженьков (диполей) и исследовал на ней дифракцию радиоволн. Полученные результаты полностью соответствовали закону Вульфа-Брэггов для рентгеновского излучения. В 1936 году A.M. Бонч-Бруевич изготовил и исследовал в дециметровом диапазоне радиоволн ряд искусственных линз и призм.
Все многообразие искусственных сред, нашедших широкое применение в радиофизике и физическом демонстрационном эксперименте, целесообразно классифицировать по тем процессам, которые протекают в них при прохождении электромагнитных волн. В связи с этим искусственные среды подразделяются на три основных класса: металлодиэлектрики. волноводные (металл оленточные) структуры, слоистые диэлектрические структуры.
1. Металлодиэлектрики выполняются в виде трехмерной решетки, в узлах которой в простейшем случае располагаются металлические шарики, имитирующие пространственную молекулярную структуру естественного диэлектрика. Шарики закрепляются в свободном пространстве на тонких нитях или в твердом естественном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью, близкой к единице. В качестве такого вещества можно использовать пенопласт. Волна, падающая на металлодиэлектрик, наводит в шариках сверхвысокочастотные поверхностные токи, которые становятся источником вторичного излучения, то есть как бы осциллирующими диполями. В таких структурах воспроизводятся те же процессы, которые наблюдаются в молекулах естественного диэлектрика. Фазовая скорость и показатель преломления металлодиэлектриков могут быть рассчитаны на основе электронной теории. Они обладают показателем преломления большим единицы, а следовательно, фазовая скорость волн в них меньше скорости волн в свободном пространстве. Поэтому их часто называют замедляющими структурами.
Анизотропные среды для сантиметровых электромагнитных волн и дидактический комплекс технических средств для моделирования кристаллооптических явлений
Согласно всему выше сказанному, мы поставили перед собой следующую задачу: разработать методику преподавания раздела «Кристаллооптика» курса физики, которая оптимальным образом отвечала бы требованию профессиональной направленности студентов вузов. При этом мы опирались на теоретически обоснованное выше положение о возможности использования моделей, изготовленных на базе слоистых диэлектрических структур, являющихся аналогами анизотропных одноосных кристаллов.
Основой разработки данной методики обучения являются следующие дидактические принципы: принцип научности, принцип связи теории с практикой, принцип сознательности и активности обучения, принцип доступности и систематичности обучения, принцип наглядности в обучении.
Разработанная методика обеспечивает реализацию следующих функций: социокультурной, направленный на формирование профессиональной компетентности с учетом потребности личности и образования; научно-технический, учитывающий возможность расширения профессиональной деятельности будущих специалистов радиотехнического профиля; развивающей, обеспечивающей развитие всех сфер личности студентов в процессе учебно-познавательной деятельности студентов. В обеспечении адаптации содержания учебного материала к индивидуальным особенностям студентов, личностно-значимым целям и задачам их деятельности разработан учебно-методический комплекс обеспечения обучения вопросам кристаллооптики, в состав которого входят следующие методические разработки: дидактический комплекс технических средств для моделирования кристаллооптических явлений на базе слоистых диэлектрических структур; цикл лабораторных работ по моделированию кристаллооптических явлений в сантиметровом диапазоне радиоволн, разработанный на основе новых технических средств. Учебно-методическое пособие «Кристаллооптические явления и их моделирование в диапазоне сверх высоких частот» для студентов и преподавателей технических вузов.
Опираясь на теоретически обоснованное положение о возможности использования моделей, изготовленных на базе слоистых диэлектрических структур, являющихся аналогами анизотропных одноосных кристаллов 2.1. Мы выделили следующий круг конкретных дидактических задач, которые должны решаться при изучении студентами раздела «Кристаллооптика» в курсе волновой оптики.
1. Студенты должны утвердить взгляд на оптические явления как на электромагнитные и вскрыть глубокое единство их природы.
2. Студенты должны четко понять особенности распространения электромагнитных волн в анизотропных средах.
3. В процессе изучения курса студенты должны усвоить основные идеи кристаллооптики, понимать их методологическое значение, знать и понимать на каких физических принципах основываются конкретные кристаллооптические явления.
4. Студенты должны овладеть основными принципами модельного эксперимента, понимать их методологическое значение и специфические особенности.
5. Студенты должны четко усвоить и различать такие основные понятия из курса волновой оптики, как сложение двух когерентных волн с взаимно перпендикулярными линиями поляризации и интерференция поляризованных волн.
Это не означает, что изучение кристаллооптики в техническом вузе этим ограничивается. При преподавании кристаллооптики студентам радиотехнических специальностей в техническом вузе должен решаться и ряд других, не менее важных, задач, как, например, студенты должны знать исходные экспериментальные факты лежащие в основе волновой оптики; студенты должны овладеть графическим методом построения преломленных лучей в одноосном кристалле и уметь применять его для решения конкретных задач, связанных с распространением и преломлением электромагнитных волн в различных анизотропных средах; студенты должны уметь эффективно проецировать приобретенные знания на дальнейший курс «Проектирование и технология радиоэлектронных средств ». Несомненно, что общие идеи должны в обязательном порядке дополняться активным процессом восхождения от абстрактного к конкретному, то есть рассмотрением конкретных физических систем, процессов и явлений.
